JPH05509178A

JPH05509178A - Confocal imaging system for microscopy

Info

Publication number: JPH05509178A
Application number: JP3512831A
Authority: JP
Inventors: ホワイト，ジョーン・グレイハム; エイモス，ウィリアム・ブラッドショー; フォードハム，ジェームズ・マイケル
Original assignee: メディカル・リサーチ・カウンシル
Priority date: 1990-07-28
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-12-16
Also published as: ATE135116T1; CA2088267A1; DE69117761D1; US5452125A; WO1992002838A1; EP0541625A1; US5561554A; GB9016632D0; DE69117761T2; EP0541625B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】この発明は顕微鏡のための共焦点画像システムに関し、より特定的には、スリット走査を利用するようなシステムに関する。[Detailed description of the invention] This invention relates to confocal imaging systems for microscopy, and more particularly to slitting imaging systems. This paper relates to systems that utilize traversal scanning.

先行技術共焦点画像の原理は最初にミンスキ（Ｍｉｎｓｋ７）によって説明された（米国特許第３，０１３，４６７号を参照）。prior art The principle of confocal imaging was first described by Minsk7 (USA). See Patent No. 3,013,467).

移動スリット共焦点画像システムはベア（Ｂｉｅｒ）　（米国特許第３，５４７．５１２号）と、リフトマン（Ｌｉｃｂ＋ｍａｎ）（（１９８９）のザ・ニュー・バイオロジスト（Ｔｈｅ　ＮｅｗＢｉｏｌｏｇｉｓｔ　）　１．７５−８２のりクトマン　１９ｗ１、サンダーランド（Ｓｕｎｄｅ＋１ａｎｄ）　Ｗ、Ｊ、　、およびウィルキンソン（Ｗｉｌｔｉｎｓｏｎ　）　Ｒ，Ｓ、参照）とにより説明されてきた。また光のスリットまたはバーパターンが標本に亘って走査され、標本からの反射または放射によって形成されたこのパターンの画像が定置スリット型をしたアパーチャにあたる共焦点顕微鏡の形式も説明されている。定置スリットのこの使用はケスタ（Ｋｏｅ＋ｊｅｒ　）　（ケスタ　Ｃ，Ｊ。A moving slit confocal imaging system is available from Bier (U.S. Pat. No. 3,547). ．． 512) and The New of Liftman (Licb+man) ((1989) ・Biologist (The New Biologist) 1.75-82 Richtman 19w1, Sunderland (Sunde+1and) W, J, , and Wilkinson (see R.S.). It has been made clear. A slit or bar pattern of light is also scanned across the specimen; An image of this pattern formed by reflection or radiation from the specimen is A type of confocal microscope with a square aperture is also described. Fixed pickpocket This use of the cut is Koe+jer (Koe+jer) (Kesta C, J.

（１９８０）応用光学（＾ｐｐ１．０ｐｔｉｃｓ）１貫、１７４９−１７５７）、バーンズ（Ｂ＋＋＋ｎｓ　）等（バーンズ　Ｄ、　Ｈ，、ハタンガディ（Ｈａｌａｎｇａｄｉ　）　Ｒ，Ｂ、およびスペルマンおよびブラッケンホ７　（［ｌ＋ａｋｅｎｈｏ＋１）とピサ（Ｖｉｓｓｃｈｅ＋）（ブラッケンホフ　Ｇ、Ｊ、とビサ　Ｋ、（１９９０）英国顕微鏡学会論文集（Ｔｒａｎｓ、　Ｒｏ７９ｍｉｃｒｏｓｃ、　Ｓｏｃ、　）　１．２４７−２５０）のデザインの特徴である。(1980) Applied Optics (^pp1.0ptics) 1 volume, 1749-1757) , Burns (B+++ns) etc. (Burns D, H, Hatangadi (Ha) langadi) R, B, and Spellman and Brackenho7 ([l +akenho+1) and Pisa (Vissche+) (Brackenhof G, J, and Bisa K. (1990) Proceedings of the British Society of Microscopy (Trans, Ro79mi This is a design feature of crosc, Soc, ) 1.247-250).

初期収差のない反射オートコリメーティングシステムはオフナー（Ｏ［ｎｅｒ）によって説明された（Ａ、オフナー、光学エンジニアリング（Ｏｐｔｉｃａｌ　ＥＢ：ｎｔｅ＋’＋ｎｇ　）　（１９７５）　、１４．１３１参照）。A reflective autocollimating system without initial aberrations is O[ner]. Explained by (A. Offner, Optical Engineering (see EB:nte+'+ng) (1975), 14.131).

（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を解消する有効な手段として確立された。It has been established as an effective means to eliminate (interference).

これらのシステムにおいて、対物面における大変率さな領域のみがいずれかの所与の時間に照らされる。対物面における照明は単一の点、点のアレイ、単一の線または線のアレイの形式であるかもしれない。照明パターンと同じ幾何学的な形式を有するマスクは対物面と共役の面に組入れられ、照らされた領域のすぐ付近からの信号のみがマスクを介して視野システムに入ることを許される。この方法で、照らされた領域から発散する妨害信号は拒絶される。一方でその照明に備えてマスクを保持しながら対物面の区域の全体に及ぶような方法で照明パターンを走査することによって完全な画像が確立される。In these systems, only very small areas in the object plane are illuminated at a given time. Illumination in the objective plane can be a single point, an array of points, a single line Or it may be in the form of an array of lines. Same geometric shape as lighting pattern A mask with a formula is incorporated in a plane conjugate to the object plane and in the immediate vicinity of the illuminated area. is allowed to enter the viewing system through the mask. this method , the interfering signals emanating from the illuminated area are rejected. On the other hand, prepare for that lighting While holding the mask with the A complete image is established by scanning.

単一点ではなくスリットまたはスリットのアレイを照明のパターンとして使用するのには、利点がある。たとえばる。この修正は公知のオフナーのリレーを独自の反射性走査システムに変換する。Using a slit or array of slits as the illumination pattern rather than a single point There are advantages to being For example. This modification replaces the known Offner's relay with its own to a reflective scanning system.

システムにおいて、相応しい点で焦点を合わせるための反射性エレメントの使用は、そのようなエレメントは製造するのに高価でなくかつ大変広い範囲の波長で良く機能するという点で先行技術の改良でもある。Use of reflective elements in systems to focus at appropriate points such elements are inexpensive to manufacture and can be used over a very wide range of wavelengths. It is also an improvement over the prior art in that it works well.

実施例の説明この発明に従った共焦点画像システムが、好ましいシステムが概略的に示される図面の単−図を参照して、例証される。このシステムは従来の顕微鏡の対物レンズ（ＯＢＪ）とアイピース（Ｅ　Ｙ　Ｅ）の間に介挿される。それは２つのオフナーの反射オートコリメーション装ｆｆ１（Ａｌ、ＢｌおよびＡ２、Ｂ２）を含む。Description of examples A confocal imaging system according to the invention, a preferred system is schematically shown. Illustrated with reference to the single figures of the drawings. This system uses conventional microscope objectives. It is inserted between the eyepiece (OBJ) and the eyepiece (EYE). That's two off including reflective autocollimation equipment ff1 (Al, Bl and A2, B2) of the nothing.

オフナーのオートコリメーションシステムは比率が１・２の曲率半径を有する一対の鏡から成る。小さい半径の鏡は凸面であり、他方は凹面である。オフナーによって説明されるように、このシステムは、もし光が図面に示される態様でそれを介して反射されるならば、１：１の光学リレーとして機能する。このように、鏡Ａ１とＢ１とから成るオフナーのシステムは、アイピース（Ｅ　Ｙ　Ｅ）において点線で示される面でスリットＣを焦点合わせする。鏡Ａ２と８２からなる別のオフナーシステムは、共役焦点を面ＯＰと、スリットＣとレンズ上１内での中央の面ＭＰに作る。Offner's autocollimation system has a radius of curvature with a ratio of 1.2. Consists of a pair of mirrors. The small radius mirror is convex, the other concave. to offner Thus, as explained, this system will be used if the light is , it functions as a 1:1 optical relay. in this way, Offner's system consisting of mirrors A1 and B1 is connected to the eyepiece (EYE). and focus the slit C on the plane shown by the dotted line. Another one consisting of mirrors A2 and 82 The Offner system sets the conjugate focus between the plane OP, the slit C and the lens top 1. Make it on the center side MP.

この文脈におけるオフナーシステムの有用性はその製作のたやすさ、全体の色収差のないこと、および−次収差のないことである。The usefulness of the Offner system in this context lies in its ease of fabrication, overall color There is no difference, and there is no -order aberration.

照明はビームスプリッタ（ＢＳ）を経て送り込まれる。Illumination is delivered via a beam splitter (BS).

光は照らされたスリットによって与えられ得る。しかしながら好ましい実施例において、スリットは使用されていない。代わりに平行レーザビームが円筒形レンズ（ＣＬ）を介して通過され、それから従来の球形レンズ（Ｂ２）を介して対物面と共役である面ＯＰにおいてレーザ光線の焦点合せされた線を与える。照明ビームはオフナー装置を介して顕微鏡の基部に向けられる（Ｂ２．Ａ２）。Light can be provided by an illuminated slit. However, in the preferred embodiment , the slit is not used. Instead, a parallel laser beam is inserted into a cylindrical lens. (CL) and then through a conventional spherical lens (B2) to the objective. Provides a focused line of laser beam at a plane OP that is conjugate with the plane. lighting vi The beam is directed to the base of the microscope via the Offner device (B2.A2).

この発明に従って、オフナー装置は、凸面鏡Ｂ１およびＢ２の各々図の面と直角をなす紬の周りを振動するようにし、それによってビームが走査するように修正される。図１に示される両方の凸面鏡は画像面ではなく顕微鏡に関するアパーチャ面にあり、それゆえそれらは理想的には走査エレメントとして役立つようにおかれる。According to the invention, the Offner device is arranged at right angles to the plane of each of the figures of convex mirrors B1 and B2. Modified so that the beam vibrates around the pongee, which makes the beam scan. be done. Both convex mirrors shown in Figure 1 have an aperture relative to the microscope rather than the image plane. surface, so they ideally serve as scanning elements. It will be destroyed.

走査段階において光線はＢ２から通過し、結合レンズＬ１を介して対物レンズ（ＯＢＪ）に入り、それはＢ２と共役の面に対物レンズの背面アパーチャをもたらすように機能する。　照明された対象からの信号はそれから逆にこの経路を横断し、鏡Ｂ２によって走査される。それはそれからビームスプリッタＢＳを介してマスキングスリットＣへ通過し、そこでそれは焦点合せされかつスリットを横断する。照明された線から離れた領域から発散する妨害信号はスリットによって拒絶される。スリットは幅が調整可能であり、厳重な共焦点状態が課せられること（スリ・ントを狭く）またはより共焦点でない性質のより明るい画像が形成されること（スリットを広く）を可能にする。第２のオフナー装置における振動鏡Ｂ１は信号をデスキャンするように働き、中心面（ＭＰ）において定置二次元画像を再生し、これはアイピースを使って直接的に目視する（ｖｉｅｗ）こともまたはカメラに記録されることもできる。In the scanning phase, the light beam passes from B2 and passes through the coupling lens L1 to the objective lens ( OBJ), which brings the back aperture of the objective to the plane conjugate with B2. It functions as follows. The signal from the illuminated object then traverses this path in reverse and is scanned by mirror B2. It then passes through the beam splitter BS passes to the masking slit C, where it is focused and crosses the slit do. Interfering signals emanating from areas distant from the illuminated line are rejected by the slit. be extinct. The slit is adjustable in width and strict confocal conditions are imposed. brighter images of a less confocal nature (narrower slit) or less confocal in nature (widen the slit). Oscillating mirror B in the second Offner device 1 acts to descan the signal and creates a stationary two-dimensional image in the central plane (MP). This can also be viewed directly using an eyepiece. can also be recorded on the camera.

凸面鏡Ｂ１およびＢ２の動きは全フィールドを走査するいかなる形式をとってもよいが、交互の方向において均一な角速度の掃引が好ましく、なぜなら、これは不動時間を減しかつ均一な明るさの画像を提供するからである。好ましい実施例において、鏡Ｂ２は振動鏡Ｂ１とは同期にしかし反位相に作用する。ビームスプリッタＢＳは、反射されかつ送信された強度のいかなる所望された比率をも作り出す単純な装置かまたは、蛍光顕微鏡において慣例であるようにまたは２色性の反射鏡（ダイクロイック）かのどちらかであり得る。The movement of convex mirrors B1 and B2 may take any form that scans the entire field. However, a sweep of uniform angular velocity in alternating directions is preferred, since this This is because it reduces immobility time and provides an image with uniform brightness. Preferred embodiment In , mirror B2 acts synchronously but out of phase with oscillating mirror B1. beam sp The Ritter BS creates any desired ratio of reflected and transmitted intensities. Either a simple device for emitting or a dichroic It can be either a reflective mirror (dichroic).

要約光学顕微鏡と共に使用する共焦点画像システムであって、スリット型またはバー型の光のビームが標本に亘って走査され、固定マスクでデスキャンされ、かつ目視または記録のために再走査され、焦点合せおよび走査システムは完全反射性光学系によって構成される（Ａ１．ＢｌおよびＡ２゜Ｂ２）。summary A confocal imaging system for use with an optical microscope, either slit or bar. A beam of light is scanned across the specimen, descanned with a fixed mask, and rescanned for viewing or recording, the focusing and scanning system is fully reflective It is composed of academic departments (A1.Bl and A2°B2).

国際調査報告国際調査報告ＧＢ　９１０１２６８Ｓ＾　４９９４６international search report international search report GB 9101268 S^　49946

Claims

[Claims]

1. In combination with an optical microscope, a slit or bar illumination beam or provides a means for forming an array of such beams and by which the light is directed to the objective lens. a beam splitting means directed to an optical microscope having lenses; An illumination beam is scanned and directed to the microscope objective to scan the specimen. an optical scanning means adapted to Confocal imaging system consisting of fully reflective optics for both scanning and scanning.

2. The same reflective optics allow the beam emitted or reflected from the specimen to Descanned and focused on a stationary confocal mask via a splitter 2. A combination according to claim 1, which causes.

3. 3. The combination of claim 2, wherein the mask is a variable width slit.

4. The stationary image delimited by the mask is transferred to a second fully reflective optical system. Claim 2 or 3, wherein the image is scanned again and focused for viewing or recording. The combination described in 3.

5. The first reflective system described was made so that the internal mirror oscillated rotationally. Any of claims 1 to 4, which is a modified Offner collimation system. Combinations listed in Crab.

6. The second reflective system was modified so that the internal mirror oscillated rotationally. 6. The combination of claim 5, which is an Offner collimation system.

7. The internal mirrors of each of the two reflective systems oscillate synchronously but out of phase. 7. The combination according to claim 6.

8. Each internal mirror oscillates with uniform angular velocity in an alternating rotational sense, A combination according to claim 7.

9. Means for forming a slit-shaped or bar-shaped beam is a beam formed by refraction. 10. A combination according to any of claims 1 to 9, comprising a cylindrical lens shaping the lens.

10. 10. A combination according to claim 9, wherein the illumination beam is a laser beam.

11. A combination according to any of the preceding claims, in which the full aperture of the objective lens is used. height.